国内某核电厂汽机超速保护动作试验故障与解决

2018-06-17 07:32付伟刘光伟
科学与技术 2018年27期

付伟 刘光伟

摘要:本文通过对国内某核电厂汽机超速保护控制试验(以下简称OPC试验)过程中发生的问题进行了原因分析,通过深入了解OPC试验的试验机理,对主调节阀油动机各个部件进行了研究,最终找到故障根本原因并予以解决。

关键词:汽机超速;OPC;油动机;卸荷阀

前言

本文针对国内某核电厂汽机OPC试验过程中产生的故障进行了根本原因分析,并叙述通过深入了解OPC试验的试验机理,最终找到根本原因并予以解决。

1.汽轮机OPC转速控制试验介绍

1.1 OPC试验方法简介

1.1 静态试验

设定一个目标转速以及升速率,设定一个调门开度,执行OPC试验,试验动作时,OPC电磁阀得电打开,同时主调节阀伺服阀(MOOG)至关闭位,主调节阀迅速关闭。5秒后,OPC电磁阀失电复位,同时伺服阀自动复位,调门恢复到关闭前的开度,并根据阀位反馈信号控制伺服阀的开度。

1.2 动态试验

汽机转子转速为3000rpm时进行升速,至3090rpm时OPC动作,电磁阀打开,调门伺服阀关闭,调门关闭,此时转速在3090rpm基础上略上升,当转速降回到3090rpm时,OPC电磁阀复位,OPC油压建立,当转速降至3000rpm时,伺服阀打开,并根据转速信号自动调节调门的开度。

1.3 汽机甩负荷时OPC的动作

汽机带满功率运行时,由于某种原因突然甩负荷,转速将会飞升,设计超速范围不高于额定转速的7%,即飞升后最高转速为3210rpm。而实际运行中,转速飞升至3090rpm时,OPC电磁阀动作,转速继续攀升至大约3110rpm时开始回落(某国内核电数据)。转速落至3090rpm时OPC电磁阀复位,此后的动作与动态试验时相同。

2. 汽轮机OPC转速控制试验故障描述

在执行汽轮机OPC转速控制试验时,3090rpm时OPC动作,主控因无法切换至操纵员自动控制模式而无法输入3000rpm的目标转速,汽机转速持续下降,转速降到800rpm后打闸然后重新挂闸。期间OPC动作后调节油压力低备用泵自启,压力12.5MPa,流量达到160L/min,远远高于安装期间OPC、AST未建立压力时的油动机泄漏量112L/min,主调节阀在OPC动作后关闭到接近0然后一直未开启。分析原因,认为主调节阀油动机下油腔油压未正常建立,压力油通过卸荷阀泄油。

之后进行了多次静态试验,都因某个调门无法开启导致母管油压下降而跳机。

3.汽轮机OPC转速控制试验故障问题的解决

通过试验人员对试验过程的反复试验和对主调节阀门结构的验证,导致汽轮机OPC转速控制试验故障的主要原因为快速卸荷阀(见图1示)装配尺寸不合理,上行程(A)大于下行程(B),压力油密封面先密封,先导油密封压力无法正常建立。

3.1 快速卸荷阀结构说明

快速卸荷阀有两个密封面,如图5所示。A面的作用是隔断高压油与油压回油母管,以建立工作油压。B面的作用是隔断OPC油与油压回油母管,以建立卸荷阀上腔油压,进而关闭卸荷阀。OPC油压与工作油压相等,都是14MPa,但是OPC油压作用的面——图中活动环的上表面面积大于A面的阀芯面积,因此可以克服弹簧力将卸荷阀关闭。最重要的一点,B面的行程略小于A面的行程,行程差约0.5~1mm之间。

正常工作时,高压油和OPC油同时进入卸荷阀,高压油进入A面所在的下腔室,OPC油进入活动环上表面所在的上腔室,此时,高压油与油压回油管导通,OPC油也通过活动环周围的缝隙与油压回油导通,由于缝隙较小,OPC油能够建立一定的油压,在此油压的作用下,弹簧被压缩,阀芯整体向下移动,B面首先被密封,这是OPC油与油压回油隔断,卸荷阀上腔油压升高至14MPa,活动环继续带动阀芯向下移动,将A面密封,高压油与油压回油隔断,工作油压建立,并上升至14MPa,调门打开。

3.2 故障原因分析

通过现场拆解1号主调节阀的卸荷阀,结合图纸测量相关尺寸发现,快速卸荷阀装配尺寸与设计图纸尺寸不符,图纸中尺寸AB,但是实际测量尺寸A>B。A、B两个尺寸分别对应上下工作行程,上行程的密封面是先导密封面,下行程的密封面是主密封面,C尺寸是密封导向套与隔离板之间的尺寸,也是之间的O型圈的可压缩尺寸。

通过对四个主调节阀的快速卸荷阀的解体,发现只有4#主调节阀的快速卸荷阀其活动环与调整环之间有足够的间隙,活动环可以自由的活动,而其他三个主调节阀的卸荷阀活动环与调整环之间间隙很小,甚至顶死,导致两环之间少了应有的0.5——1mm的间隙,使得B面密封后A面无法密封,甚至B面本身都无法密封。

隨后,通过检查四个主调节阀的快速卸荷阀,测量计算四个主调节阀的快速卸荷阀A、B、C尺寸以及将弹簧上支撑环下调的尺寸如下表1所示。现场通过向下调整弹簧支环,尺寸见上表中的下调尺寸,最后现场试验验证OPC动作后,再恢复OPC油压,油动机压力正常,四个主调节阀动作正常。

4.试验验证

经上述检查发现,快速卸荷阀弹簧座没有向下旋到底,导致调整环没有旋到底,所以调整环顶在活动环上。将弹簧座和调整环向下旋转到位之后,留出了活动环与调整环之间的间隙,再次进行静态试验,一次成功,并且连续5次OPC动作,OPC恢复时油压都在13MPa以上,而且没有下降,四个调门都顺利开启。

分析认为,弹簧座与调整环在装配到位后,应该有一个固定装置,防止其旋转,事实上,在阀杆上是有防转销孔的,只是没有安装防转销,因此,应该是在厂家试验或者运输过程中调整环与弹簧座发生旋转,破坏了调整环与活动环间应有的间隙所致。如何在结构上避免此类事件的发生,制造厂还应该采取相应的措施。

参考文献

[1]赵冬冬 秦山二核3#汽轮机组OPC试验问题与解决[J] 自动化仪器仪表,2015(8)

(作者单位:中国核电工程有限公司华东分公司)